Matematikát és fizikát tanult Berlinben, majd Heidelbergben Bunsen mellett kémiát tanult. Berlinben doktorált 1858-ban. 1860-ban a berlini kereskedelmi akadémián tanított, majd a Strasbourg-i egyetemen lett professzor 1871-ben. 1875-ben a müncheni egyetemen lett a kémia professzora. Jelentős eredményeket ért el a szerves kémia számos területén. Fontosak a húgysavszármazékokkal, poliacetilénekkel és az oxóniumsókkal kapcsolatos vizsgálatai, valamint a ftaleinszínezékek felfedezése. Ő fedezte fel a húgysav egyik származékát, a barbitursavat, a barbiturátokként ismert altató- és nyugtatószerek alapvegyületét. 1870-ben szintetizálta az indigót, ezzel megnyitotta az indigó ipari előállításának lehetőségét. Az elméleti kémiában jelentős a gyűrűs szénvegyületek, illetve a szénvegyületekben előforduló hármas kötésekre adott magyarázata (Spannungstheorie). Ötvenedik születésnapján nemesi rangra emelték, 1905-ben kémiai Nobel-díjban részesült.